Đồ án tính toán lắp đặt tuyến ống dẫn nước ép vỉa từ dàn MSP4 đến dàn MSP8

Đồ án tính toán lắp đặt tuyến ống dẫn nước ép vỉa từ dàn MSP4 đến dàn MSP8

Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Ngày nhiều quốc gia, dầu khí trở thành nguồn tài ngun thiên nhiên mang tính chiến lược quan trọng, làm xoay chuyển làm khởi sắc kinh tế quốc gia, đặc biệt kinh tế phát triển Việt Nam Liên doanh dầu khí VietsovPetro thành phần quan trọng cơng nghiệp Công nghệ khai thác, thu gom vận chuyển dầu khí mỏ Bạch Hổ, mỏ Rồng…của xí nghiệp tiến hành tốt, nhiên số vấn đề tồn cần giải Hiện phần lớn giếng khai thác cạn kiệt nguồn lượng vỉa Do người ta thường có tác động nhân tạo lên vỉa dầu nhằm trì lượng vỉa, cho phép trì áp suất gần áp suất ban đầu để đạt hệ số khai thác k lớn nhất, có phương pháp bơm ép nước vào vỉa Từ phân tích đồng ý Bộ môn, với mong muốn em nhằm sử dụng có hiệu đường ống phục vụ cho công tác khai thác nên em chọn đề tài “Tính tốn lắp đặt tuyến ống dẫn nước ép vỉa từ dàn MSP4 đến dàn MSP8” Đồ án cấu tạo gồm chương: Chương Tổng quan công nghệ khai thác dầu khí Chương Kiểm tra độ bền đường ống Chương Kiểm tra ổn định vị trí đường ống Chương Tìm nhịp treo tối đa Chương Lựa chọn phương án thi công tuyến ống Chương Tính tốn thi cơng, an tồn lao động bảo vệ môi trường Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp Trong trình thực tập viết đồ án giúp đỡ bác Lê Biên Thùy XN Khai thác dầu khí VietsovPetro, với tài liệu tham khảo kiến thức bổ sung trình thực tập tốt nghiệp Đặt biệt với dẫn tận tình Thạc sĩ Nguyễn Văn Thịnh, em thực đồ án Mặc dù thân có nhiều cố gắng thực tế kiến thức nhiều hạn chế đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót nội dung hình thức.Vì em mong góp ý thầy cô bạn Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Mỏ Địa chất dạy dỗ em thời gian em học trường Đặc biệt thầy mơn Thiết bị dầu khí Cơng trình Thầy Nguyễn Văn Thịnh giúp đỡ em việc hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Văn Hùng Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG VÀ CƠNG TRÌNH PHỤC VỤ KHAI THÁC DẦU KHÍ 1.1 Khái quát đường ống Ngày số nghành sản xuất công nghiệp, đường ống bể chứa sử dụng rộng rãi nhiều phạm vi khác Nó có tác dụng quan trọng việc vận chuyển cất giữ sản phẩm cơng nghiệpmà thiếu q trình tự động hóa số nghành cơng nghiệp gặp khó khăn chí khơng thực Đường ống bể chứa có nhiều loại khác chúng phải thiết kế, chế tạo, lắp ráp sở có kỹ thuật, đảm bảo cho hệ thống làm việc an toàn, liên tục đạt hiệu cao sử dụng Đối với nghành Dầu Khí việc vận chuyển sản phẩm từ miệng giếng đến điểm cất chứa sản phẩm thực đường ống vận chuyển Mọi tuyến ống phải tính tốn thiết kế cẩn thận sở tính tốn bền, nhiệt tính tốn cơng nghệ, đảm bảo cho q trình vận hành an tồn tuyến ống bao gồm đoạn đầu nối phụ kiện kèm theo Tồn q trình thu gom miệng giếng đến trạm chứa,suất sản phẩm thương mại Hệ thống thu gom có nhiệm vụ: 1.Tập hợp sản phẩm từ giếng riêng rẽ, từ khu vực mỏ lại với nhau, nhiệm vụ thu gom Đo lường xác số lượng chất lượng thành phần sản phẩm khai thác theo mục đích khác Xử lý chất lưu khai thác thành sản phẩm thơ thương mại Chất lưu khai thác cịn gọi chất lỏng giếng, khai thác lên hỗn hợp dầu - khí - nước, bùn cát Trong cịn có hóa chất khơng phù hợp với yêu cầu vận chuyển chế biến CO , H2O, loại muối hịa tan khơng tan Nên việc thu gom phải bảo đảm tách pha trước hết tách khí, ách nước, tách muối hịa tan khơng hịa tan; sau pha phải tiếp tục xử lý Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp * Công dụng ống: Tuyến ống dùng vận chuyển dầu sản phẩm khác thường có đường kính 100 ÷ 1400 mm với áp lực từ 12 ÷ 100 daN/cm gọi đường ống dẫn có chức sau: - Dùng vận chuyển khí thiên nhiên nhân tạo từ nơi sản suất đến nơi tiêu thụ - Dùng vận chuyển dầu sản phẩm dầu từ nơi khai thác đến nơi tiêu thụ (các kho chứa, nhà máy chế biến, trạm cung cấp, nhà máy xí nghiệp…) Dầu khí sau khai thác vận chuyển qua hệ thống đường ống tới trạm xử lý, sau chuyển tới trạm cất chứa Các phần chuyển tiếp qua chướng ngại vật thiên nhiên nhân tạo Dọc theo tuyến ống người ta cho lắp đặt thiết bị truyền dẫn tín hiệu, trạm bảo vệ, thiết bị chống ăn mịn điện hóa … ngồi dọc theo tuyến ống dẫn khí người ta cho lắp đặt thêm trạm nén khí, phân phối khí khoảng cách 120 ÷ 150 km * Phân loại ống: Do yêu cầu đa dạng tính chất làm việc phức tạp nên ống phân loại theo nhiều cách: Theo phương pháp lắp đặt: ngầm đất, ngầm nước, mặt đất treo không Theo chất truyền tải: dẫn nước, dẫn dầu, dẫn hỗn hợp ống chuyển động phân đoạn chất khác nút ngăn cách Theo đặt tính trị số áp lực: Theo đặt tính, ta phân ống có áp ống tự chảy (khơng áp) Loại ống có áp lực, thông thường chất lưu lấp đầy tiết diện ống Trường hợp khơng lấp đầy có áp lực tự chảy Các ống lấp đầy thường ống vận chuyển dầu thương mại, ống thu gom nước, ống thu gom hệ thống kín thường khơng lấp đầy Trong ống không tự chảy chuyển động thực nhờ trọng lực, gây chênh lệch cao trình hai đầu ống Lúc dầu khí chuyển động riêng rẽ, đường ống xem tự chảy tự khơng áp, cịn lúc khơng có pha khí xem tự chảy có áp Ống chia loại cao áp (lơn 60 kG/cm ), loại thấp áp (bé 16at) loại trung bình Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp Theo nhiệt độ chất chuyển tải ta chia ống lạnh (≤ 0oC), ống nhiệt (> 50o C) ống bình thường Theo chức ta chia ống xả (từ miệng giếng tới bình tách đo), ống gom dầu, gom khí, gom nước ống dẫn dầu thương mại Theo sơ đồ thủy lực, ống xem đơn giản khơng phân nhánh đường kính khơng thay đổi ống phức tạp Theo mức độ ăn mòn chất chuyển tải ta phân ống cho mơi trường ăn mịn, ăn mịn ăn mịn cao * Vật liệu chế tạo ống: Trong công nghiệp dầu khí, theo vật liệu ta chia ống cứng ống mềm - Ống cứng chế tạo từ thép cacbon, thép khơng gỉ, thép hợp kim Ngồi cịn tùy theo u cầu đặt biệt, ta dùng loại vật liệu khác gang, kim loại màu, ống phi kim: bê tông cốt thép, thủy tinh sứ gốm… ống mềm chế tạo từ chất dẻo, cao su, sợi kim loại… - Ống thép chiếm tỷ lệ cao Thép ống có yêu cầu định tính lý thành phần hóa học, hàm lượng lưu huỳnh phốt với tạp chất khác Thông thường người ta sử dụng thép hợp kim thấp, chịu gia cơng nhiệt thường hóa - Đối với mơi trường ăn mòn, ta phải sử dụng loại thép chịu ăn mịn cao thành phần hóa học địi hỏi khắt khe Theo tiêu chuẩn API, loại thép thơng thường mác 40 ÷ 100 kG/mm có giới hạn chảy cực tiểu 28 ÷ 72 kG/mm cực đại từ 56 ÷ 98 kG/mm bền kéo tối thiểu từ 42 ÷ 88 kG/mm hàm lượng phốt cực đại 0,04 ÷ 0,11% , lưu huỳnh từ 0,06 ÷ 0,065% Với thép chịu ăn mịn, thành phần cực đại nguyên tố bảng 1.1 Bảng 1.1 Thành phần % thép chịu ăn mòn Loại thép Cmax Mnmax Mo Lò điện, siêmm Martin 0,5 0,15÷0,3 0,5 1,9 Ni,Cr,Cu P S Si 0,44 0,06 0,35 Thép có độ bền cao chế tạo mức độ khơng quy chuẩn, có Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp giới hạn chảy thấp 67 ÷ 120134 kG/mm cao 77 ÷ 126134kG/mm2, giới hạn kéo 77÷ 134 kG/mm hàm lượng cacbon thấp 0,45% , mangan 1,3 ÷ 1,7% , Si 0,15 ÷ 0,3% tơi, giam thường hóa Các loại thép bền cao thường dịn, khơng phù hợp với khí hậu nóng lạnh đột ngột khó gia công cắt gọt Căn vào yêu cầu kỹ thuật, chế tạo, lắp ráp ống chia làm loại I ÷ V theo điều kiện áp suất nhiệt độ nhóm A, B, C, D, E theo tính chất mơi trường (bảng 1.2) Để chế tạo ống, người ta dùng hai công nghệ chủ yếu cán hàn, cá biệt đúc Ống thép cán trực tiếp thường có chất lượng khơng cao chiều dày khơng có độ ơval lớn Ống hàn thường chế tạo từ thép theo chất lượng kỹ thuật hàn thẳng để có chất lượng cao thường dùng kỹ thuật hàn xoắn ốc Bảng 1-3 cho thấy đặt tính ống cơng nghệ Nga phương pháp chế tạo Trong hệ thống phân phối khí, người ta thường dùng vật liệu sắt đúc, thép, polyetylen, polyamide đồng Sắt đúc không dùng cho ống có áp lực 200 KPa, ống thép thường dùng cho trường hợp áp lực cao; ống polyetylen ngày phổ cập hệ thống phân phối, chế tạo theo cơng nghệ polymer hóa etylen, có tỷ trọng từ 0,91 ÷ 0,96, xem vật liệu nhớt - dẻo Có hai loại phổ biến cho ống dẫn khí PE-80 (tới áp suất 420 KPa) PE-100 (tới 700 KPa) So với ống thép ống polyetylen bền với hóa chất, khơng bị ăn mịn, dễ vận chuyển kinh tế, khơng chịu áp lực cao nhiệt độ tăng độ bền giảm Ống polyamit có tính chất tương tự ống PE có giới hạn chảy, giới hạn bền, độ cứng mật độ cao hơn, việc ghép nối không dùng phương pháp hàn mà dán Đồng loại vật liệu tuổi thọ cao, dễ sử dụng song đắt tiền nên dùng cho mạng phân phối nhà, không dùng cho ống dẫn Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp Bảng 1-2 Phân loại ống theo điều kiện đặc biệt Nhóm A B C D E Môi trường Loại I II III IV V Áp suất Nhiệt độ chất Áp suất Nhiệt độ chất Áp suất Nhiệt độ chất Áp suất Nhiệt độ chất Áp suất Nhiệt độ làm việc chuyển làm việc chuyển làm việc chuyển làm việc chuyển làm việc chất chuyển ( kG/cm2 ) tải(oC) (kG/cm2) tải(oC) (kG/cm2) tải(oC) (kG/cm2) tải(oC) (kG/cm2) tải(oC ) Chất lỏng khí dễ Mọi áp cháy có tính độc suất 150÷700 a/Chất có tính độc cao,hơi sương khí >16 hóa lỏng 25 >250 Đến 25 a/Khí hóa lỏng b/khí dễ nổ chất Mọi áp +350÷700 >25÷ 64 lỏng dễ bốc cháy Hơi nước qua nhiệt Nước nóng nước bão hịa a/Khí khơng cháy được,chất lỏng b/Vật liệu tải lạnh ( Phreon ) - - - - - - - 150÷350 - - - - - - 150÷350 - 70÷250 - - - - 250÷350 16÷25 Đến 16 150÷250 - - Đến 450 >+115 >22÷39 >330÷450 >38÷ 90 >115 >16÷22 >16÷39 >250÷350 >115 Đến 16 Đến 16 >150÷250 >15 - - Mọi áp suất 540÷700 64÷ 100 350÷450 25÷64 250÷350 16÷25 120÷250 >16 Mọi áp suất Đến 16 Đến 16 - - - - suất >39 >80 Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng Đến 16 150÷250 - Lớp: Thiết bị dầu khí K50 - Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.3 Đặc tính ống thép cơng nghệ Nga sản xuất Kích thước ống Đường Bề dày Chiều TT Các loại ống kính ngồi ống dài (mm) (mm) (mm) Ống thép hàn ÷ 1620 ÷ 14 1,5 ÷ 18 Ống hàn-kéo nguội ÷ 76 0,5 ÷ 1,5÷ 8,5 cán nguội Ống hàn với mối hàn 426÷1220 ÷ 12 xoắn vít Ống thép liền cán 25 ÷ 530 2,5 ÷ 75 nóng Ống thép liền cán ÷ 200 0,1 ÷ 12 nguội kéo nguội Ống chế tạo xác ÷ 710 0,1 ÷ 32 Ống thép liền cho 12 ÷ 129 ÷ 60 trạm áp lực cao Ống thép liền chịu áp ÷ 13 ÷ 4,5 lực cao Ống thép liền gia cơng 57 ÷ 325 3,5 ÷ 32 nóng thép khơng gỉ 10 Ống thép liền gia cơng ÷ 250 0,2 ÷ 2,2 nguội gia cơng nóng thép khơng gỉ 11 Ống thép hàn ÷ 102 1÷4 thép khơng gỉ Quy chuẩn ΓOTC 10704-63 ΓOTC 10704-63 10 ÷ 18 ΓOTC 8696-62 ÷ 12,5 ΓOTC 8732-70 1,5 ÷ ΓOTC 8734-58 1÷9 4,5 ΓOTC 9567-60 0,5 ÷ ΓOTC 11017-64 1,5 ÷ 10 ΓOTC 9940-72 1,5 ÷ ΓOTC 9941-72 1,5 ÷ ΓOTC 11068-64 Trong khai thác thu gom dầu khí, người ta cịn dùng loại ống mềm để truyền dẫn từ điểm cố định đến điểm có khoảng cách khơng cố định mà thay đổi theo thời gian với khoảng cách định Chẳng hạn từ miệng giếng ngầm (trên đáy biển) tới dàn khai thác kiểu nổi, dẫn chất lưu từ ống cố định đáy biển lên tàu dầu chuyển từ tàu sang tàu Ngoài ra, ống mềm cịn dùng làm ống nâng, ống kiểm sốt miệng giếng ngầm Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp Ống mềm hệ thống khai thác biển có hai loại chính, khác mật độ phù hợp với hai điều kiện mặt nước chìm xuống đáy biển Đường ống mềm có hai phần đầu nối kim loại phần thân ống Đầu ống liên kết với thân nhờ keo dán chuyên dụng Mặt cắt thân ống mềm cứng từ vào thường có lớp: lớp vỏ polyurethane, lớp vải, lớp lim loại – cao su, lớp sợi, lớp cao su, lớp dây kim loại, lớp dây sợi thứ hai lớp lưới kim loại – cao xốp 1.2 Các loại cơng trình sử dụng cho việc khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ Để phục vụ cho cơng tác khoan thăm dị, khai thác vận chuyển dầu khí ngồi biển mỏ Bạch Hổ, xí nghiệp liên doanh VietSovPetro xây dựng nhiều giàn khoan biển số cơng trình khác Hiện Mỏ Bạch Hổ có hệ thống đường ống giàn sau: - 10 giàn MSP (MSP 1;3;4;5;6;7;8;9;10;11) - giàn công nghệ trung tâm CTP-2;CTK-3 - 10 giàn BK (BK 1;2;3;4;5;6;7;8;9;10) - tàu chứa dầu (FSO-1,2,3/ Chí Linh, Chi Lăng Ba Vì) Ngồi cịn có giàn nén khí (Complete gas compressor station), giàn bơm nước ép vỉa (Water injection platform) giàn khoan tự nâng (Jack up) 1.2.1 Hệ thống giàn thép cố định Giàn thép cố định loại cơng trình sử dụng phổ biến ngành công nghiệp khai thác dầu khí Cơng nghệ xây dựng loại cơng trình trải qua thời gian dài từ loại kết cấu Jacket lớn giới giàn Bullwinkle xây dựng hãng Shell vịnh Mexico vùng nước sâu 1615 ft (492 m) nặng 56000 T Kết cấu nhỏ vùng nước sâu đến cơng trình ngoại cỡ xây dựng biển bắc vùng vịnh Mexico Hiện vùng mỏ Bạch Hổ hầu hết sử dụng loại dàn kết cấu Jacket để phục vụ cho hoạt động khai thác dầu khí * Giàn khoan cố định MSP: Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1 Giàn khoan MSP-4 Là giàn khoan cố định dùng để khoan, khai thác xử lý sơ sản phẩm dầu khí Trên giàn có bố trí tháp khoan di động có khả khoan nhiều giếng khoan Hệ thống công nghệ giàn cho phép đảm nhiệm nhiều công tác, từ xử lý sơ sản phẩm dầu khí đến tách lọc sản phẩm dầu thương phẩm, xử lý sơ khí đồng hành Dầu khí xử lý MSP từ giếng khoan thu gom từ giàn BK Về cấu tạo, giàn MSP gồm có phần là: phần móng, khối chân đế kết cấu thượng tầng Chân đế gồm khối nối với sàn chịu lực (MSF) phía cố định xuống đáy biển cọc Khối chân đế kết cấu Jacket, thượng tầng có cấu trúc module lắp ghép lên sàn chịu lực Mỗi chân đế có ống có đường kính 812.8 x 20.6 mm, phần chân đế cọc trụ có ống dẫn hướng cho cọc phụ Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 10 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp * Ưu điểm: - Phương pháp đơn giản khơng địi hỏi phương tiện phụ trợ - Ít chịu tác động môi trường - Thuận lợi cho việc lắp đoạn ống vào đoạn ống cũ - Có thể thi công điều kiện thời tiết xấu Khi gặp điều kiện bất lợi thời tiết để ống đáy biển mà không sợ hư hỏng * Nhược điểm: - Lực kéo lớn địi hỏi tàu kéo có cơng suất cao - Đường ống kéo phải chịu ma sát với đáy gây hư hỏng lớp bọc - Q trình thi cơng dễ gặp cố va vào chướng ngại vật dọc tuyến - Hạn chế chiều dài đoạn ống - Cần phải khảo sát kỹ khu vực kéo tuyến ống qua để tránh hư hại chướng ngại vật gây Do làm tăng giá thành thi công tuyến ống *Phạm vi áp dụng: - Phương pháp thích hợp cho tuyến ống gần bờ, điều kiện địa chất thuận lợi, đáy biển tương đối phẳng - Được sử dụng rộng rãi trường hợp thi công cảng qua sông - Có thể thi cơng điều kiện thời tiết xấu 5.2 Một số phương pháp thi công nối ống ngầm Các mối nối đường ống ngầm mối nối thi công đường ống mới, sửa chữa, kết nối tuyến ống vào tuyến ống cũ Các mối nối thực cho đường ống với Riser, đường ống với cụm van ngầm (Subsea Valve Skid), cụm van phân nhánh, mối nối đoạn ống để tạo đường ống liên tục q trình thi cơng đường ống có sử dụng nhiều tàu rải theo phân đoạn Các mối nối thực tàu đáy biển tuỳ thuộc vào điều kiện độ sâu đáy biển, đường kính ống phương tiện phụ trợ có q trình thi cơng Hiện giới có sử dụng phương pháp nối đường ống sau: Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 61 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp - Phương pháp nối mặt bích - Phương pháp nối hàn áp suất khí - Phương pháp nối hàn cao áp - Phương pháp nối ống đầu nối khí (được chế tạo sẵn) 5.3 Lựa chọn phương án thi công 5.3.1 Số liệu đầu vào phục vụ công tác thi công - Số liệu môi trường: Bao gồm số liệu sóng, gió, dịng chảy, thủy triều - Số liệu cơng trình: Tuyến đường ống ngầm thiết kế tuyến ống dẫn nước ép vỉa từ dàn MSP4 đến dàn MSP8 thuộc vùng mỏ Bạch Hổ dài 1054 m Đường kính 273 mm, chiều dày thành ống 18 mm độ sâu nước 55.3 m 5.3.2 Năng lực thi công liên doanh VietsovPetro Hiện Liên doanh VietsovPetro có đủ khả thi cơng rải ống cho toàn tuyến ống với trang thiết bị chủ yếu đây: - Tàu rải ống Côn Sơn trạng thái tốt - Tàu lặn Hải Sơn - Tàu kéo Sao Mai - Tàu dịch vụ Sông Dinh - Trạm lặn đội ngũ cán thi công nhiều kinh nghiệm 5.3.3 Yêu cầu phương tiện thi công * Yêu cầu trang thiết bị tối thiểu cho tàu thả ống: - Cẩu để di chuyển vật liệu ống - Hệ thống giá đỡ ống để có chứa lượng ống tối thiểu ngày làm việc - Hệ thống xử lý ống để cắt vát đầu ống xếp ống - Các trạm hàn có khả hàn roof, filler cap - Hai phận kéo ống có cơng suất kéo ống lớn lực kéo tối đa - Trạm kiểm tra không phá huỷ (NDT) - Trạm bọc chỗ nối ống trường - Stinger dùng để đỡ ống lúc chuyển tiếp ống từ tàu xuống đáy biển Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 62 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp * Tời hạ tời nâng ống - Tối thiểu 08 tời để dùng cho việc định vị di chuyển tàu q trình thi cơng - Hệ thống hoa tiêu dùng để kiểm tra vị trí tàu so với tuyến ống thực vẽ hồn cơng - Khu ăn sinh hoạt cho nhân - Các hệ thống giám sát - Các thiết bị phụ trợ tàu máy phát điện, kho dự trữ thực phẩm, nhà kho, bể chứa nước, hệ thống xử lý nước thải * Yêu cầu với tàu kéo tàu vận hành neo: - Các tàu kéo phải có cơng suất khoảng 6000 HP có trang bị tời kéo neo khoảng 14000 Kg Các tàu phải có khả tự cung cấp nhân thiết bị tàu Mỗi tàu phải trang bị hệ thống hoa tiêu tương thích với hệ thống tàu * Yêu cầu với tàu khảo sát: - Tàu khảo sát phải trang bị hệ thống hoa tiêu tương thích với tàu rải ống, hệ thống quan sát siêu âm (side scan sonar), máy vẽ mặt cắt đáy biển, máy đo từ máy đo độ sâu dùng kỹ thuật phản âm Yêu cầu với tàu chở vật tư: - Tàu chở vật tư dùng để chở ống loại vật liệu khác từ kho bãi đến nơi thi công rải ống Các tàu thường trang bị dàn giữ ống Yêu cầu với tàu hậu cần: - Tàu hậu cần dùng để vận chuyển nhiên liệu, nước ngọt, thực phẩm, ống, vật tư thiết bị đến tàu rải ống 5.3.4 Kết luận lựa chọn phương án thi công Qua việc nêu phương pháp thi công giới sử dụng số liệu địa chất, địa hình khảo sát, khả thực tế thi cơng Xí nghiệp liên doanh dầu khí VietsovPetro cho thấy rằng: Phương án thi cơng thả ống ngầm tàu thả ống dùng stinger thích hợp Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 63 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG TÍNH TỐN THI CƠNG TUYẾN ỐNG, AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG 6.1 Tính tốn ứng suất q trình thi cơng rải ống 6.1.1 Đặt vấn đề Thi công rải ống khâu quan trọng tổng thể q trình thi cơng tuyến ống Việc tính tốn thi cơng nhằm tính tốn độ bền ống q trình thi cơng tác động tải trọng thi công tương ứng với phương án thi công lựa chọn, để đảm bảo việc lựa chọn đường ống phương pháp thi công khả thi Tuyến ống thi công tàu thả ống có sử dụng stinger Do việc tính tốn kiểm tra làm việc ống ống bị uốn thi cơng hình dạng Stinger trọng lượng thân ống Trong phạm vi đồ án khơng xét đến tải trọng sóng dịng chảy tác động vào ống q trình thi cơng Đoạn ống tính từ điểm tiếp xúc với đáy biển vị trí kẹp phía Stinger biến dạng theo đường đàn hồi có điểm uốn chia làm đoạn rõ rệt sau: - Đoạn cong lồi: Do tác dụng trọng lượng thân, lực kéo thiết bị căng tàu, lực ma sát ống đáy biển mà ống bị uốn cong theo bán kính cong có sẵn stinger Trong đoạn cong tác động mơi trường lên ống truyền trực tiếp sang stinger, ứng suất đường ống suất chủ yếu tượng uốn bán kính cong stinger gây - Đoạn cong lõm: Đối với đoạn cong này, đường ống ngồi chịu uốn trọng lượng thân ống nước, đường ống chịu tác động tải trọng môi trường, phản lực lên đường ống lực kéo xuất ống có tác dụng làm giảm tượng uốn ống Như làm việc chịu uốn ống trường hợp phức tạp, toán thi công cần giải xác định bán kính cong đoạn cho ứng suất gây uốn không vượt ứng suất cho phép Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 64 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp 6.1.2 Số liệu đầu vào * Số liệu tàu thả ống Cơn Sơn: Hình 6.1.Tàu thả ống Côn Sơn - Chiều dài 110.3 m - Chiều rộng 30.45 m - Mớn nước cực đại 3.74 m - Dung tích thực 7020 T - Trọng tải 6932 T - Thuyền viên 52 * Số liệu Stinger: - Đặc điểm hình học: Cố định - Bán kính đỡ ống cong: R = 110 m - Trọng lượng Stinger: cáp 18.7 tấn, cáp 37.4 - Trọng tải thể tích nước bị chiếm chỗ: cáp 24 tấn, cáp 48 - Tuyến ống thiết kế: Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 65 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp - Chủng loại thép: API 5L X65 - Ứng suất cho phép thép: [σ] = 45699522.68 kG/m2 - Đường kính ngồi ống: 0.273 m - Chiều dày nhỏ ống: 0.018 m - Tỷ trọng thép ống : 7850 kg/m3 * Trạng thái ống: - ống bịt đầu thiết bị đầu kéo nên không chứa nước - Độ sâu thi công: 55.3 m 6.1.3 Tính tốn kiểm tra bền đoạn cong lồi Như phân tích trên, đoạn cong lồi tác dụng tải trọng thân, ống bị uốn cong theo đường cong stinger Mô men uốn tỉ lệ nghịch với bán kính cong, trường hợp stinger có bán kính cong nhỏ mơ men uốn xuất ống lớn Trong thực tế bán kính cong stinger thường thay đổi việc thay đổi bán kính cong phức tạp, thường có bán kính cong định thi cơng tuyến ống có độ sâu thay đổi nhỏ Do để thi công người ta thường chọn lấy bán kính cong thoả mãn suốt q trình thi cơng tốt xác định lực kéo ống để thoả mãn điều kiện độ bền cho ống Mô men uốn xuất ống xác định từ biểu thức phương trình vi phân lý thuyết sức bền vật liệu: M =− ρ EI (6.1) Trong đó: • E - Mơ đun đàn hồi thép ống: 2,1× 1010 kG/m2 • I - Mơ men qn tính tiết diện ống: 1,13× 10-4 m4 → EI = 2,373 x 106 kGm2 • ρ-Bán kính cong nhỏ stinger: 164 m Kiểm tra điều kiện bền ống: Ống đảm bảo điều kiện bền khi: σ < [σ] Trong đó: σ - Giá trị ứng suất phát sinh tiết diện ống đoạn cong lồi trình thi công Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 66 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp I EI M ED 2,1 × 1010 × 0,273 = σ= với M = ρ ; W = D → σ = =1,74786 x W 2ρ × 164 107 kG/m [σ] - Giá trị ứng suất lớn cho phép ống: [σ] = η x SMYS với η hệ số sử dụng, ta chọn với độ an toàn cao, lấy η = 0.8 → [σ] = 0.8 x 45699522.68 = 36559618.144 kG/m Vậy ta có σ < [σ]→ ống đảm bảo điều kiện bền đoạn cong lồi thi cơng 6.1.4 Tính tốn kiểm tra bền đoạn cong lõm Như phân tích phần giới thiệu chung, toán đoạn cong lõm toán phức tạp Đường ống vùng chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố tải trọng môi trường, trọng lượng thân ống nước, ma sát đáy, tải trọng rung động tàu lực kéo xuất ống Bài tốn trở thành tốn phi tuyến Việc tính tốn thực chất trở thành tốn giải phương trình vi phân bậc xuất phát từ lý thuyết uốn đàn hồi giả thiết điều kiện biên Tính theo kết nghiên cứu viện NIPI - VietsoPetro: Tính trọng lượng ống nước (sức âm ống): P = M T + M BOC + M BT − F§ N ( kg / m) (6.2) Trong đó: • P : Trọng lượng m dài ống nước, kg/m • MT : Trọng lượng 1m dài thép ống, kg/m • MBOC : Trọng lượng 1m dài lớp bọc chống ăn mịn, kg/m • MBT : Trọng lượng 1m dài lớp bọc gia tải, kg/m • FĐN : Lực đẩy m dài ống, kg/m Kết tính tốn ta có: P = 98,42 kG/m Với giả thiết điều kiện biên: điểm tiếp xúc ống đáy biển có mơ men uốn góc xoay ta có phương trình đường đàn hồi đường cong lõm đạo hàm có dạng: y= R P x − Cosh( nx) [ Sinh(nx) − nx] + [ + ] nH H n2 Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 67 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp y’ = R P Sinh(nx ) [Cosh( nx) − 1] + [ x − ] H H n y’’ = Rn P Sinh( nx) + [1 − Cosh(nx)] H H y’’’ = Rn Pn Cosh(nx ) − Sinh(nx) H H Trong đó: H EI • n= • EI = 1,74786 x 106 kgm2 • H - Giá trị lực căng ngang ống, H = 12000 kg • R - Phản lực điểm tiếp xúc ống với đáy biển Tính chiều dài khơng thứ ngun L (L = n.l) theo công thức: L=ℓ+ 1+ 2H P × EI M   h+ l   H   (6.3) Trong đó: • ℓ - Khoảng cách theo phương ngang tính từ điểm tiếp xúc đường ống với điểm hạ vng góc từ điểm cuối stinger xuống phương ngang • Ml mơ men uốn tiết diện ứng với điểm cuối Stinger (được tính theo bán kính cong stinger) • h - Độ sâu nước tính từ điểm cuối stinger đến đáy biển: khoảng đó, h điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh lượng nước dằn Stinger Tính phản lực đáy, kg P L M ×n ×Tanh − l n SinhL Giá trị H xác định từ biểu thức: R= nl  phEI  nl nl    M l   nl   − + 1 − nl  − th    + H =  × 2  Ml  Shnl  2  2h   Shnl   Xác định ứng suất cực đại đoạn ống võng xuống: P × EI σ= H ×W  R.n   1 − −       P     Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng (6.4) 68 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp Trong đó: • W mơ men chống uốn tiết diện ngang Kiểm tra điều kiện bền cho ống đoạn cong lõm σ ≤ [σ] , điều kiện không thoả mãn phải tăng H lên Nhận xét: Bài toán kiểm tra bền cho đoạn cong lõm thực chất tốn tính lặp, để xác định lực kéo ống tàu ứng với bán kính cong thi cơng lựa chọn cho ống thoả mãn điều kiện bền: σ ≤ [σ] Kết tính tốn lực căng mà thiết bị Tensioner tàu Côn Sơn cần thực đoạn thi cơng 25T Như vậy, tàu Cơn Sơn đáp ứng u cầu an tồn thi cơng Để an tồn phải sử dụng tàu chun dụng th từ nước ngồi với cơng suất rải ống cao công suất thiết bị căng lớn 6.2 Thi công tuyến ống Công tác thi công tuyến ống chia làm giai đoạn công tác chuẩn bị bờ công tác xây lắp biển Trước tiến hành việc xây dựng cần thực tổ chức nhân sự, tổ chức ký kết hợp đồng kinh tế để mua vật tư thiết bị theo danh mục tập kết tới nơi thi cơng, xem xét tình trạng máy móc tàu thuyền (phương tiện nổi), tiến hành sửa chữa có hỏng hóc, cải hốn để phương tiện thực công tác thi công bờ ngồi biển 6.2.1 Cơng tác thi cơng bờ Công tác tổ chức thi công bờ bao gồm công việc: - Tiếp nhận vật tư thiết bị mua theo danh mục - Chế tạo ống đứng kẹp ống đứng - Thử áp lực cho ống đứng - Tất công việc chế tạo bờ thực bãi XNXL Trước vận chuyển ống ngồi biển để thi cơng cần lịng ống, sửa chữa khơi phục lại chỗ hỏng hóc lớp bọc bê tông hay sơn lại chỗ sơn chống ăn mịn bị phá huỷ q trình vận chuyển Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 69 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp 6.2.2 Cơng tác thi công biển Công tác thi công biển bao gồm công việc: - Khảo sát điều kiện địa hình đáy biển dọc theo tuyến ống, đặc biệt vị trí có địa hình lồi lõm từ đưa phương án thi công cho phù hợp - Tiến hành khoan lấy mẫu khảo sát điều kiện địa chất cơng trình dọc theo chiều dài thi cơng tuyến ống - Khảo sát vị trí lắp đặt ống đứng kẹp ống đứng - Neo tàu Côn Sơn vị trí thi cơng, lắp Stinger vào tàu, lắp đoạn ống vào vị trí dây truyền tàu, lắp đầu kéo vào đầu ống, lắp hệ cáp nối từ neo bờ vào đầu ống - Trên tàu Côn Sơn tiến hành hàn nối đoạn ống, đoạn ống nối thêm vào tiến hành rải ống xuống biển Tàu Cơn Sơn tiến hành rải ống đến gần dàn MSP8 dừng lại thả đầu ống xuống biển, đánh dấu lại phao tiêu - Tiến hành lắp đặt ống đứng - Thi công spool piece đấu nối đường ống ống đứng - Đấu nối đường ống thiết bị giàn - Tiến hành phóng pig làm lòng ống thử áp lực - Tiến hành chạy thử nghiệm thu cơng trình 6.2.3 Thời gian thi công tuyến ống Đối với tàu rải ống Côn Sơn, tốc độ thi công tối đa đạt 1200m/ngày.đêm ống Φ 273 x 18 mm bọc bê tông Tàu th nước ngồi đạt tốc độ tối đa 3000 m/ng.đêm Hệ số thời tiết (K) lấy việc tổ chức thi công bờ K = 1.4 cho việc thi cơng ngồi biển Cơng tác thi cơng bờ tính ca giờ, việc thi cơng ngồi biển tiến hành liên tục theo ca, ca 10.5 Trong q trình thi cơng ngồi biển tàu cần phải thơng báo tình hình thời tiết ngày dự báo thời tiết ÷ ngày tới 6.2.4 Quy trình thi cơng ống tàu rải ống Trình tự thực cơng đoạn thi công ống tàu Côn Sơn diễn sau: Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 70 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp - Từng đoạn ống dài 12 m dùng cho tàu Côn Sơn cẩu vào hệ thống di chuyển lăn đưa đến trạm hàn - Tại trạm hàn tiến hành làm góc vát đầu ống, định tâm hai đầu ống hàn nối lớp - Sau hàn xong lớp thứ hai, nhờ hệ thống neo tàu dịch chuyển phía trước đoạn dài 12m - Tại trạm hàn thứ hai tiến hành hàn lấp cho đầy mối hàn - Trạm thứ 3: kiểm soát lực căng Tensioner - Trạm thứ 4: đánh kiểm tra mối hàn phương pháp không phá huỷ - Trạm thứ 5: bọc chống ăn mòn cho mối hàn Trong q trình thi cơng, việc tháo nhổ neo tàu dịch vụ thực - Một thiết bị “Buckle detector” thả vào lịng ống suốt q trình thi cơng để đo xem ống có bị móp hay khơng Việc thi công đường ống thực điều kiện sóng khơng cao q 1.5m theo hướng mũi tàu 1.25m theo hướng boong tàu Nếu chiều cao sóng vượt 2.7m 1.8m theo phương tương ứng phải ngừng thi cơng, hàn đầu kéo ống vào đầu ống thả xuống biển, đánh dấu lại phao tiêu 6.3 An toàn lao động bảo vệ mơi trường 6.3.1 An tồn lao động Do tính chất đặt trưng nghành cơng nghiệp khai thác dầu khí, đặt biệt hoạt động khai thác ngồi khơi, cơng tác an tồn lĩnh vực khai thác dầu khí có ý nghĩa quan trọng Đảm bảo tốt cơng tác an toàn khai thác biển đảm bảo tính mạng cho người lao động tài sản nhà nước đảm bảo hiệu kinh tế hoạt động khai thác chi tiết để khắc phục hậu cố cháy nổ, dầu khí phun đền bù thiệt hại cho việc làm ô nhiễm môi trường thiên nhiên đạt mức chi phí đầu tư ban đầu cho xây dựng cơng trình Những quan điểm đặt cơng tác an tồn cơng trình biển vào vị trí chủ yếu q trình khai thác khơi xác định yêu cầu người làm cơng tác dầu khí biển bao gồm: Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 71 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp - Trình độ đào tạo nghề nghiệp cao, chấp hành nghiêm chỉnh kỷ luật công nghệ - Hiểu biết chấp hành nghiêm chỉnh u cóầu cóủa quy chế an tồn lao động, an toàn cháy nổ an toàn khí - Có kỹ thuật lao động , tự giác hiểu rõ trách nhiệm an toàn cho thân tập thể 6.3.2 Kỹ thuật an toàn thử áp lực đường ống - Việc thử nghiệm ống phải tiến hành trông điều kiện an toàn chặt chẽ theo thiết kế cần điều kiện kỹ thuật, hướng dẫn đội trưởng cán kỹ thuật - Các công nhân tham gia cơng tác thử nghiệm đóng thử hệ thống ống vào vận hành cần huấn luyện cách xả khơng khí khỏi hệ thống, trình tự trị số cho phép nâng giảm áp suất, phương pháp nghiệm thu gỡ thử mối hàn… - Không cho phép sửa chữa làm việc hệ thống chịu áp suất thử nâng cao áp suất ngược với quy định thiết kế - Không siết vặn bulong đai ốc mối nối mặt bích, thiết bị ống chúng chịu áp suất từ 3kG/cm2 trở lên - Không tăng áp suất cao trị số áp suất thử - Không thử nghiệm đường ống với áp kế khơng có chứng kiểm tra bị hư hỏng khơng xác - Trước thổi rửa đường ống phải kiểm tra chi tiết độ đảm bảo cá phụ tùng áp lực - Trong q trình vận hành phát đường ống có cố phải ngừng trình bơm để kiểm tra 6.3.3 Bảo vệ môi trường Trong hoạt động khai thác dầu khí ngoai khơi cần phải đảm bảo quy tắc bảo vệ môi trường sau: - Dầu thô rị rỉ phải thu gom bình thải - Chỉ thả tiêu chuẩn cho phép xuống biển Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 72 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp - Xỉ bẩn chất khai thác phải chứa container để chuyển đất liền - Dầu nguyên liệu nhớt rò rỉ phải thu để tái sinh bờ - Hệ thống tách làm khí phải đảm bảo hệ số tách 99% sau đưa dầu phaken đốt Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 73 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS-TS Lê Xuân Lân, Bài giảng “Thu gom –xử lý Dầu - khí - nước” [2] PGS-TS Cao Ngọc Lâm, Bài giảng “Công nghệ khai thác dầu khí’’ [3] ThS Nguyễn Văn Thịnh, BG “Cơng trình đường ống bể chứa DK’’ [4] A.H.Moussell, Offshore Pipeline design, Analysis and Menthods [5] DNV - RP - F109, On-Bottom Stability Design of Submarine Pipelines [6] DNV - RP - OS101, Submarine Pipeline Systems Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 74 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 ... giếng bơm ép (từ ÷ 5%) 1.4 Giới thiệu đoạn đường ống tính tốn 1.4.1 Đặc trưng ống Đoạn đường ống tính tốn đoạn ống dẫn nước ép vỉa từ giàn MSP4 đến giàn MSP8 có chiều dài 1054 m, đường kính ống 273... chất chống bọt 1.3.3 Các đặt tính yêu cầu nước ép vỉa * Nước bơm ép số đặt tính bản: - Nước mặt ao hồ Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 23 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp • Bão hịa oxy • Tính. .. chuyển: Nước ép vỉa • Kích thước ống: Do = 273 mm, t = 18 mm • Chiều dài tuyến ống: L = 1054 m Vật liệu thép ống : Sinh viên: Nguyễn Văn Hùng 26 Lớp: Thiết bị dầu khí K50 Đồ án tốt nghiệp Thép API